CN100535761C - 光刻装置的传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了光刻装置的传感器，所述传感器位于光刻装置中的工件高度处，其具有探测图案透射板，光学处理元件，量子转换薄膜，微光学处理元件，光学过滤薄膜，用于耦合量子转换薄膜释放光辐射的辐射探测器，波尔元件，以及探测信号前置调理处理器。其探测方法是：在辐射空间图像与传感器的空间位置产生相对位置移动的过程中，传感器用其探测图案透射板上的图案调制空间图像，光学处理元件将调制过的空间图像投射到量子转换薄膜上，经过量子转换形成新的光辐射，经微光学处理元件处理，透过光学过滤薄膜照射到辐射探测器上形成电信号，通过处理器获得，检测得到空间图像的偏振态的变化，能够传输和处理的辐射空间图像的特征信息。

Description

光刻装置的传感器

技术领域

本发明涉及光刻装置的传感技术，尤其涉及一种光刻装置的传感器以及运用该传感器对光刻装置中掩模对准图形的空间图像进行探测的方法。

背景技术

在工业装置中，由于高精度和高产能的需要，分布着大量高速实时传感器测量、信号采样、数据采集、数据交换和通信传输等的控制***。这些***需要我们采用多种方式实现传感器探测、信号采样控制、数据采集控制、数据交换控制和数据传输通信等的控制。有该控制需求的装置包括：集成电路制造光刻装置、平板显示面板光刻装置、MEMS/MOEMS光刻装置、先进封装光刻装置、印刷电路板光刻装置、印刷电路板加工装置以及印刷电路板器件贴装装置等。

光刻装置是一种将所需图案应用于工件上的装置。通常是将所需图案应用于工件上的目标部分上的装置。光刻装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，掩模板可用于生产在IC一个单独层上形成的电路图案，该图案可以通过投射***传递到工件(如硅晶片)的目标部分，例如包括一部分，一个或者多个管芯上。通常是通过成像到工件上提供的一层辐射敏感材料(抗蚀剂)上来按比例复制所需图像。已知的光刻装置还包括扫描器，运用辐射光束沿给定的方向(“扫描”方向)扫描所述图案，并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描工件来辐照每一目标部分。还可以通过将图案压印在工件上而将图案通过构图部件生成到工件上。

利用位于基底高度处的多个传感器来评估和优化成像性能。这些传感器可以包括空间图像传感器(SIS，Spatial Image Sensor)、用于曝光辐射剂量测量的能量传感器(ES，Energy Sensor)和测量使用的集成微透镜干涉探测器(IMID，Integrating Microbeam Interference Detector)。

SIS是一种在基底高度处测量空间图像位置的传感器，该空间图像是在掩模高度处投射标记图案形成的。位于基底高度处的投射图像可以是线条图案，其线宽与曝光辐射的波长相当。当SIS利用投射图案来测量这些掩模图案，该投射图案具有位于其下面的光电池。可以使用传感器数据来测量六个自由度上掩模相对于基底台的位置(三个平移自由度和三个旋转自由度)。此外，可以测量所投射的掩模的放大倍率。由于传感器优选能够测量图案位置和所有照射设定：δ、透镜数值孔径NA、所有掩模，例如二元掩模(binary mask)、相移掩模(PSM)等的影响，因此小线宽是经过优化的。还可以使用SIS来测量投射***的光学性能。可以使用不同照射设定于不同投射图像的结合来测量投射***的多种性质，如光瞳形状、球差、慧差、像散和场曲等。

IMID是一种可以对达到高阶的透镜像差进行静态测量的干涉波前测量***。IMID能够通过用于***初始化和校准的集成测量***来实现。

在以前的上述装置中，当光刻对准***使用的是DUV(深紫外)光源，则该辐射源以波长为248nm、193nm的准分子激光光源为主，也可使用157nm、126nm的准分子激光光源。此外，还有使用EUV(极紫外)脉冲辐射源和X射线脉冲辐射源的对准***；如专利申请CN200610019816.4、CN200410100577.6、CN200410074853.6、CN200410047698.9中所述的传感器不能提供所需的大范围辐射波长转换，且所转换的辐射波谱较宽，其转换的线性度也不够好；另外，对于被转换辐射是脉冲辐射时，所转换得到的辐射脉冲的宽度可调整范围较窄，且所转换辐射脉冲的余辉较长，不利于脉冲辐射重复频率的提高，影响了光刻装置性能与效率的提高。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种光刻装置的传感器，以实现大范围辐射波长的转换，提高辐射能量转换的线性度和空间图像的探测精度，从而提高光刻装置的性能和效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光刻装置的传感器，置于光刻装置中工件台基准板上的工件高度处，该光刻装置具有投影***，用于将带图案的辐射光束投射到工件目标部分以形成辐射空间图像，所述传感器包括沿光线传播方向依次排列的探测图案透射板，第一光学元件，量子转换薄膜，第二光学元件，用于耦合量子转换薄膜释放光辐射的辐射探测器，以及探测信号前置调理处理器；所述探测图案透射板，其正面分布有数个探测图案，用于调制辐射空间图像，该辐射空间图像从所述探测图案正面入射，经过调制后从背面射出；所述第一光学元件是透镜元件或棱镜，所述第二光学元件包括微光学透镜和光学过滤薄膜，所述量子转换薄膜沿光线传播方向，设置在微光学透镜之前或者微光学透镜和光学过滤薄膜之间；所述传感器还包括波尔元件，其分布在相邻元件间的边缘部分；在辐射空间图像与传感器的空间位置产生相对位置移动的过程中，工件高度处的传感器用其探测图案透射板上的图案调制空间图像，第一光学元件将调制过的空间图像投射到量子转换薄膜上，经过量子转换后，形成新的光辐射，检测得到上述空间图像的偏振态的变化，经过微光学透镜的处理，透过光学过滤薄膜，照射到辐射探测器上，形成电信号，通过探测信号前置调理处理器获得可以传输和处理的辐射空间图像的特征信息。

所述第一光学元件可选用凸球面透镜、凸柱面透镜、凸面三角棱镜中的一种，且所述第一光学元件装配在探测图案透射板的背面，或者与探测图案透射板一体成形。

本发明的另一方案是提供一种光刻装置的传感器，置于光刻装置中工件台基准板上的工件高度处，该光刻装置具有投影***，用于将带图案的辐射光束投射到工件目标部分以形成辐射空间图像，所述传感器包括沿光线传播方向依次排列的探测图案透射板，光学元件组，量子转换薄膜，辐射探测器，以及探测信号前置调理处理器；所述探测图案透射板，其正面分布有数个探测图案，用于调制辐射空间图像，该辐射空间图像从所述探测图案正面入射，经过调制后从背面射出；所述量子转换薄膜生长在辐射探测器的入射探测面上；所述传感器还包括波尔元件，其分布在相邻元件间的边缘部分；在辐射空间图像与传感器的空间位置产生相对位置移动的过程中，工件高度处的传感器用其探测图案透射板上的图案调制空间图像，该空间图像经过光学元件组的调制和处理，投射到量子转换薄膜上，经过量子转换后，形成新的光辐射，照射到辐射探测器上，形成电信号，通过探测信号前置调理处理器，检测得到上述空间图像的偏振态的变化，获得能够传输和处理的辐射空间图像的特征信息。

所述光学元件组可选用凹面柱透镜与透明柱的组合、凹面球透镜与透明柱的组合、凹形槽透射板与透明柱的组合中的一种，该透明柱以一定距离设置在凹面柱透镜或凹面球透镜或凹形槽透射板的背面，且所述凹面柱透镜或凹面球透镜或凹形槽透射板装配在探测图案透射板的背面，或者与探测图案透射板一体成形。

所述光学元件组可选用凸面柱透镜与微透镜的组合、凸面球透镜与微透镜的组合、凸形槽透射板与微透镜的组合中的一种，该微透镜以一定距离设置在凸面柱透镜或凸面球透镜或凸形槽透射板的背面，且所述凸面柱透镜或凸面球透镜或凸形槽透射板装配在探测图案透射板的背面，或者与探测图案透射板一体成形。

所述探测图案透射板上的图案具有易于被探测的调制特性，包括单峰值特性或多峰值特性、谷值特性、边缘特性、图像辨识特性、窗口特性中的一个或多个特性及其组合。

所述量子转换薄膜是单层的或多层的，每层量子转换薄膜上分布有量子点或量子线栅或量子阱，所述量子转换薄膜生长在透明基板上或者生长在辐射探测器的入射探测面上，单层薄膜的厚度范围是20纳米～200微米。

所述的量子点、量子线栅或量子阱所使用的转换材料是由元素周期表中III族和V族构成的具有量子转化效应的化合物以及它们形成的混合物，例如砷化镓、砷化镓铝、磷化铟、磷化铟铝、氮化镓、氮化镓铝、磷化镓、磷化镓铝、氮磷化镓、氮磷化镓铟或氮磷化镓铝及其混合物。

耦合量子转换薄膜释放光辐射的辐射探测器是光电二极管、CMOS传感器阵列、CCD阵列特征识别器中的一种。

本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.本发明通过在光刻装置的传感器中使用了量子薄膜转换方式，实现所需的大范围辐射波长的转换；

2.提供传感器转换得到的辐射波谱范围较窄，提高了辐射能量转换的线性度和空间图像的探测精度的捕获能力；

3.采用量子薄膜转换方式，当被转换辐射是脉冲辐射时，所转换得到的辐射脉冲的宽度可调整范围较宽，且所转换辐射脉冲的余辉较短，有利于脉冲辐射重复频率的提高，从而提高了光刻装置性能与效率。

附图说明

通过以下对本发明的具体实施例结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：

图1为应用本发明传感器的光刻装置的结构示意图。

图2为本发明第一实施例的传感器结构示意图。

图3a和图3b为本发明第二实施例的传感器结构示意图。

具体实施方式

图1是应用本发明传感器的光刻装置对准***的结构示意图，图中4为掩模，其上具有掩模图形(包括曝光掩模图形和掩模对准图形5)，9为被光刻工件，掩模图形照射窗口2及其控制板3用于形成窗口将辐射1透射到掩模对准图形5上，以形成透射像；投影***8用于将该透射像投射形成空间像，并用工件台对准标记11探测该空间像；辐射空间图像传感器12用于检测空间像经过工件台对准标记11透射后的辐射信息；掩模台位置探测器7和工件台位置探测器13分别探测对准扫描过程中的掩模台6和工件台10的空间位置。

下面结合附图对本发明的光刻装置的传感器与探测方法作进一步的详细描述，需要说明的是，图2、图3a和图3b所示的传感器结构中，点阴影区表示的是空气。

实施例1

如图2所示，光刻装置中置于工件台基准板上工件高度处的辐射空间像传感器包括沿光线传播方向排列的探测图案透射板22，第一光学元件23，量子转换薄膜24，第二光学元件25a、25b，用于耦合量子转换薄膜24释放光辐射的辐射探测器26以及探测信号前置调理处理器27，此外，还包括波尔元件28，其分布在相邻元件间的边缘部分。

探测图案透射板22的正面分布有调制辐射空间图像的探测图案21，该辐射空间图像从探测图案21正面入射，经过调制后从背面射出。所述探测图案透射板22上的图案21具有易于被探测的调制特性，这些特性包括：单峰值特性或多峰值特性、谷值特性、边缘特性、图像辨识特性、窗口特性等，经过系列探测信号处理能够得到这些特性中的一个或若干个以及它们的组合。

探测图案透射板22后面是第一光学元件23，它由透镜元件或棱镜构成，例如可采用凸球面透镜、凸柱面透镜、凸面三角棱柱镜中的一种，该元件23可与探测图案透射板22的背面装配在一起或者连为一体。

位于第一光学元件23之后的是量子转换薄膜24，它可以是单层的，也可以是多层的，每层量子转换薄膜分布着大量的量子点或量子线栅或量子阱，这些量子薄膜层生长在透明基板(未图示)上，单层薄膜的厚度在20纳米～200微米范围内。所述量子点、量子线栅和量子阱所使用的转换材料包括：由元素周期表中III族和V族构成的具有量子转化效应的化合物以及它们形成的混合物，典型的如：砷化镓、砷化镓铝、磷化铟、磷化铟铝、氮化镓、氮化镓铝、磷化镓、磷化镓铝、氮磷化镓、氮磷化镓铟和氮磷化镓铝。

在支撑量子转换薄膜24的透明基板后面分布着微光学元件25a，在一定距离之后是光学过滤薄膜25b，两者组成第二光学元件。由光学过滤薄膜25b过滤得到的辐射照射到辐射探测器26上，经连接线29将所形成的电信号输出到探测信号前置调理处理器27，获得可以传输和处理的辐射空间图像的特征信息。

在本发明的其它实施例中，量子转换薄膜24和微光学元件25a的位置也可以互换。

实施例2

如图1和图2所示，本发明的传感器探测方法如下：在辐射空间图像与传感器12的空间位置产生相对位置移动的过程中，工件9高度处的传感器12用其探测图案板22上的图案21调制空间图像，第一光学元件23将调制过的空间图像投射到量子转换薄膜24上，经过量子转换后，形成新的光辐射，检测得到上述空间像的偏振态的变化，经过光学元件25a的处理，透过光学过滤薄膜25b，照射到辐射探测器26上，经连接线29将形成的电信号输出到探测信号前置调理处理器27，获得可以传输和处理的辐射空间图像的特征信息。

实施例3

如图3a和图3b所示，光刻装置中置于工件台基准板上工件高度处的辐射空间像传感器包括沿光线传播方向排列的探测图案透射板22，光学元件组33a/33b、34a/34b，量子转换薄膜35，辐射探测器36和探测信号前置调理处理器37，此外，还包括波尔元件38，其分布在相邻元件间的边缘部分。

探测图案透射板32的正面分布有调制辐射空间图像的探测图案31，该辐射空间图像从探测图案31正面入射，经过调制后从背面射出。所述探测图案透射板32上的图案31具有易于被探测的调制特性，这些特性包括：单峰值特性或多峰值特性、谷值特性、边缘特性、图像辨识特性、窗口特性等，经过系列探测信号处理能够得到这些特性中的一个或若干个以及它们的组合。

探测图案透射板22后面是光学元件组：

如图3a所示，该光学元件组由33a、34a两部分组成，元件33a可以是凹面柱透镜、凹面球透镜、凹形槽透射板中的一种，元件34a是透明柱，该透明柱34a以一定距离分布在凹面柱透镜或凹面球透镜或凹形槽透射板的后方，透明柱34a的柱面侧涂有反射层物质，其反射效率较高。元件33a(凹面柱透镜或凹面球透镜或凹形槽透射板)与探测图案透射板32的背面装配在一起或者连为一体。

如图3b所示，该光学元件组由33b、34b两部分组成，元件33b可以是凸面柱透镜、凸面球透镜、凸形槽透射板中的一种，元件34b是微透镜，该微透镜34b以一定距离分布在凸面柱透镜或凸面球透镜或凸形槽透射板的后方。元件33b(凸面柱透镜或凸面球透镜或凸形槽透射板)与探测图案透射板32的背面装配在一起或者连为一体。

位于光学元件组之后是量子转换薄膜35，其生长在辐射探测器36的入射探测面上，该量子转换薄膜35可以是单层的，也可以是多层的，每层量子转换薄膜分布着大量的量子点或量子线栅或量子阱，这些量子薄膜层生长在透明基板(未图示)上，单层薄膜的厚度在20纳米～200微米范围内。所述量子点、量子线栅和量子阱所使用的转换材料包括：由元素周期表中III族和V族构成的具有量子转化效应的化合物以及它们形成的混合物，典型的如：砷化镓、砷化镓铝、磷化铟、磷化铟铝、氮化镓、氮化镓铝、磷化镓、磷化镓铝、氮磷化镓、氮磷化镓铟和氮磷化镓铝。

辐射探测器36通过连接线39与探测信号前置调理处理器37相连，构成本发明的探测器。

实施例4

如图1和图3a、图3b所示，本发明的传感器探测方法如下：在辐射空间图像与传感器12的空间位置产生相对位置移动的过程中，工件9高度处的传感器12用其探测图案透射板32上的图案31调制空间图像，光学元件33a或33b将调制过的空间图像经过光学元件34a或34b的处理，投射到量子转换薄膜35上，经过量子转换后，形成新的光辐射，照射到辐射探测器36上，形成电信号，通过探测信号前置调理处理器37，检测得到上述空间像的偏振态的变化，获得能够传输和处理的辐射空间图像的特征信息。

以上介绍的仅仅是基于本发明的优选实施例，并不能以此来限定本发明的范围。任何对本发明实施步骤作本技术领域内熟知的等同改变或替换均不超出本发明的揭露以及保护范围。

Claims (13)

1、一种光刻装置的传感器，置于光刻装置中工件台基准板上的工件高度处，该光刻装置具有投影***，用于将带图案的辐射光束投射到工件目标部分以形成辐射空间图像，所述传感器包括沿光线传播方向依次排列的探测图案透射板，第一光学元件，量子转换薄膜，第二光学元件，用于耦合量子转换薄膜释放光辐射的辐射探测器，以及探测信号前置调理处理器；所述探测图案透射板，其正面分布有数个探测图案，用于调制辐射空间图像，该辐射空间图像从所述探测图案正面入射，经过调制后从背面射出；所述第一光学元件是透镜元件或棱镜，所述第二光学元件包括微光学透镜和光学过滤薄膜，所述量子转换薄膜沿光线传播方向，设置在微光学透镜之前或者微光学透镜和光学过滤薄膜之间；所述传感器还包括波尔元件，其分布在相邻元件间的边缘部分；其特征在于，在辐射空间图像与传感器的空间位置产生相对位置移动的过程中，工件高度处的传感器用其探测图案透射板上的图案调制空间图像，第一光学元件将调制过的空间图像投射到量子转换薄膜上，经过量子转换后，形成新的光辐射，经过微光学透镜的处理，透过光学过滤薄膜，照射到辐射探测器上，形成电信号，通过探测信号前置调理处理器，检测得到上述空间图像的偏振态的变化，获得能够传输和处理的辐射空间图像的特征信息。

2、如权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述第一光学元件可选用凸球面透镜、凸柱面透镜、凸面三角棱镜中的一种。

3、如权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述第一光学元件装配在探测图案透射板的背面，或者与探测图案透射板一体成形。

4、一种光刻装置的传感器，置于光刻装置中工件台基准板上的工件高度处，该光刻装置具有投影***，用于将带图案的辐射光束投射到工件目标部分以形成辐射空间图像，所述传感器包括沿光线传播方向依次排列的探测图案透射板，光学元件组，量子转换薄膜，辐射探测器，以及探测信号前置调理处理器；所述探测图案透射板，其正面分布有数个探测图案，用于调制辐射空间图像，该辐射空间图像从所述探测图案正面入射，经过调制后从背面射出；所述量子转换薄膜生长在辐射探测器的入射探测面上；所述传感器还包括波尔元件，其分布在相邻元件间的边缘部分；其特征在于，在辐射空间图像与传感器的空间位置产生相对位置移动的过程中，工件高度处的传感器用其探测图案透射板上的图案调制空间图像，该空间图像经过光学元件组的调制和处理，投射到量子转换薄膜上，经过量子转换后，形成新的光辐射，照射到辐射探测器上，形成电信号，通过探测信号前置调理处理器，检测得到上述空间图像的偏振态的变化，获得能够传输和处理的辐射空间图像的特征信息。

5、如权利要求4所述的传感器，其特征在于：所述光学元件组可选用凹面柱透镜与透明柱的组合、凹面球透镜与透明柱的组合、凹形槽透射板与透明柱的组合中的一种，且该透明柱以一定距离设置在凹面柱透镜或凹面球透镜或凹形槽透射板的背面。

6、如权利要求5所述的传感器，其特征在于：所述凹面柱透镜或凹面球透镜或凹形槽透射板装配在探测图案透射板的背面，或者与探测图案透射板一体成形。

7、如权利要求5所述的传感器，其特征在于：所述透明柱的柱面侧涂有反射层物质。

8、如权利要求4所述的传感器，其特征在于：所述光学元件组可选用凸面柱透镜与微透镜的组合、凸面球透镜与微透镜的组合、凸形槽透射板与微透镜的组合中的一种，且该微透镜以一定距离设置在凸面柱透镜或凸面球透镜或凸形槽透射板的背面。

9、如权利要求8所述的传感器，其特征在于：所述凸面柱透镜或凸面球透镜或凸形槽透射板装配在探测图案透射板的背面，或者与探测图案透射板一体成形。

10、如权利要求1或4所述的传感器，其特征在于：所述探测图案透射板上的图案具有易于被探测的调制特性，包括单峰值特性或多峰值特性、谷值特性、边缘特性、图像辨识特性、窗口特性中的一个或多个特性及其组合。

11、如权利要求1或4所述的传感器，其特征在于：所述量子转换薄膜是单层的或多层的，每层量子转换薄膜上分布有量子点或量子线栅或量子阱，所述量子转换薄膜生长在透明基板上或者生长在辐射探测器的入射探测面上；单层薄膜的厚度范围是20纳米～200微米。

12、如权利要求11所述的传感器，其特征在于：所述的量子点、量子线栅或量子阱所使用的转换材料是由元素周期表中III族和V族元素或II族和IV族元素生成的具有量子转化效应的化合物以及它们形成的混合物。

13、如权利要求1或4所述的传感器，其特征在于：耦合量子转换薄膜释放光辐射的辐射探测器是光电二极管、CMOS传感器阵列、CCD阵列特征识别器中的一种。

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